冠状动脉疾病的特点是形成于所有血管最内层的内皮细胞功能障碍。一项新研究已确定了由少数基因调控的五个生物通路，这些通路可能通过参与内皮细胞功能而在冠状动脉疾病中发挥重要作用。值得注意的是，这些通路中包含的基因此前尚未被证明与冠状动脉疾病有关。根据该研究，这些通路中的一个基因TLNRD1在内皮功能、心血管健康以及潜在的冠状动脉疾病中起着关键作用。这些发现可能有助于开发针对冠状动脉疾病中内皮细胞功能障碍的新型疗法。
冠状动脉疾病是美国的主要死因。他汀类药物等疗法可降低冠状动脉疾病导致的死亡风险，这些药物靶向高胆固醇水平。
他汀类药物的这些作用部分通过改善血管健康来实现。然而，目前缺乏直接针对形成血管内层并影响血流的内皮细胞的冠状动脉疾病疗法。
识别与内皮细胞功能相关的遗传风险因素可能有助于开发靶向血管的治疗药物。
研究表明，特定的遗传变异与冠状动脉疾病风险增加相关。这些遗传变异调控多个基因的表达，这些基因共同作用于少数主要的生物通路。
然而，方法学限制阻碍了与冠状动脉疾病变异相关的主要通路的识别。
未被充分研究的基因在冠状动脉疾病中发挥关键作用
一项使用高通量分子生物学技术与计算方法相结合的新研究，已确定了可能增加冠状动脉疾病风险的内皮细胞功能相关的生物通路和新基因。
报告该研究结果的论文发表在《自然》杂志上。
该研究作者、加州斯坦福大学助理教授Jesse Engreitz博士向《医学新闻今日》解释了这些发现：
"我们发现，冠状动脉疾病的遗传风险因素汇聚到内皮细胞中的一个特定通路。该通路的一个已知作用是调节内皮细胞对血流的反应，包括可能成为直接靶向血管的疗法的良好靶点的基因。"
"我们还发现了一个新的未被充分研究的基因TLNRD1，它在人类和斑马鱼中对该通路起着关键作用，但此前一直未引起注意。我们确定的基因列表也可能有助于识别在遗传上易患血管健康不良的个体，因此可能对现有药物有更好的反应，"Engreitz博士补充道。
研究人员如何确定心脏病的遗传风险因素
基因组测序技术的进步促进了与多种疾病相关的遗传变异的发现。这些全基因组关联研究涉及检查大量个体的基因组，以识别与特定疾病相关的遗传变异。
与疾病相关的许多这些遗传变异可能调控少量生物通路，每个通路由共同工作的多个基因组成。
尽管已为多种疾病识别出遗传变异，但将遗传变异与少数汇聚的生物通路联系起来一直具有挑战性。
全基因组关联研究识别出的大多数遗传变异不编码蛋白质。相反，这些非编码变异调控附近参与与疾病相关的生物通路的多个基因的表达。
然而，识别每个变异调控的特定基因并在疾病相关通路中发挥作用仍然具有挑战性。
此外，多种细胞促成疾病的发展和进展。每种细胞类型中运作的不同生物通路都对疾病有贡献。受疾病相关变异影响的特定细胞类型中的特定生物通路尚未得到充分表征。
换句话说，如何理解使用全基因组关联研究识别的遗传变异影响生物功能尚不清楚。在本研究中，研究人员调查了与参与冠状动脉疾病的遗传变异相关的生物通路。
Engreitz博士说："过去几十年，人类遗传学在识别影响疾病风险的变异方面取得了巨大成功——现在已有数十万个遗传位点与特定人类疾病和特征之间的关联。这一丰富的见解可能揭示介导疾病的基因并指导治疗开发。"
"但是，找出每个这些关联背后的基础基因、细胞类型和通路已被证明极其困难。有时，解决一个关联的'变异到功能'问题可能需要十年时间，"他补充道。
254个与冠状动脉疾病相关的基因
已通过全基因组关联研究识别出300多个冠状动脉疾病的遗传变异。这些与冠状动脉疾病相关的变异已知会影响与血管相关的细胞和肝脏中的肝细胞。
在本研究中，作者特别检查了影响存在于血管壁中的内皮细胞功能的变异。
研究人员使用从人体主动脉（将含氧血液输送到身体其余部分的血管）获得的基因改造内皮细胞的实验室培养物。
对这些内皮细胞进行了基因组测序，然后使用计算模型来绘制受冠状动脉疾病相关变异影响的基因表达。
借助先前研究识别的冠状动脉疾病相关变异数据，研究人员确定了靠近这些变异的近2000个基因。
在这些基因中，254个基因的表达受冠状动脉疾病相关变异的调控。
随后，研究人员识别了与冠状动脉疾病相关的程序或通路。他们使用CRISPR干扰(CRISPRi)单独抑制在冠状动脉疾病相关变异附近识别出的每个基因的表达。
然后，研究人员检查了抑制单个候选基因后主动脉内皮细胞基因表达谱的变化。
使用计算方法，表现出相似表达谱变化模式的基因被归类为核心调控基因。
这些核心调控基因被归类为一个生物程序或通路。该分析产生了50个这样的程序，其中几个涉及与内皮细胞或冠状动脉疾病不特定的过程。
参与血流调节的基因可能是关键
研究人员随后检查了254个受冠状动脉疾病相关变异调控的基因过度表达的程序。他们确定了五个这样的程序，涵盖41个冠状动脉疾病相关基因和43个变异。
虽然这些程序包括已被牵涉到冠状动脉疾病的基因，但这些通路中的大多数基因尚未被确定为该疾病的危险因素。
此外，所有五个程序都受到与脑海绵状血管畸形(CCM)相关通路的基因调控，CCM是一种涉及脑中微小异常血管簇形成的疾病。
具体来说，分析显示CCM2基因和CCM通路中的其他基因参与调控所有五个冠状动脉疾病通路。
先前研究表明，CCM通路调节血管中内皮细胞的功能并调节血流。
然而，CCM2和其他CCM通路基因尚未显示与冠状动脉疾病有关。本研究发现，抑制CCM通路的表达会调控已被证明参与冠状动脉疾病的基因的表达。这些发现表明CCM通路中的基因参与冠状动脉疾病。
研究人员进一步检查了一个新发现的CCM通路基因TLNRD1的作用。他们关注TLNRD1是因为该基因是五个冠状动脉疾病通路的最强调控者之一。TLNRD1在内皮细胞功能中的作用迄今尚未得到表征。
研究人员发现TLNRD1与CCM2相互作用，因此检查了TLNRD1是否执行与CCM2类似的功能。在实验室培养的细胞中断裂TLNRD1会改变内皮细胞的屏障功能。这种内皮细胞屏障功能受损已被牵涉到心血管疾病中。
此外，在斑马鱼中破坏TLNRD1的表达也对斑马鱼模型中的心脏和血管发育产生了不利影响。
这些结果支持TLNRD1基因在维持血流中的作用，可能是冠状动脉疾病发展的风险因素。
心脏病遗传研究的新方法
除了有助于识别冠状动脉疾病的新治疗靶点外，本研究使用的方法学方法可能有助于发现与其他疾病相关的新型生物通路。
Engreitz博士说："在这项研究中，我们开发了一种从人类遗传数据中提取经验的新方法。在这里，我们采用了一种利用CRISPR工具的新方法，我们用它同时破坏培养皿中不同内皮细胞中的每个候选基因，并测量这些细胞发生的变化。然后，我们使用计算模型来了解哪些基因集合在通路中协同工作。"
"通过这些全面而系统的数据，我们能够更好地解释遗传关联，并在此单次分析中识别出冠状动脉疾病约300个位点中40个位点的可能因果基因。我们认为这个工具将成为未来研究许多其他遗传性疾病的一种有力方法，"Engreitz博士补充道。
未参与本研究的加利福尼亚州拉古纳山MemorialCare Saddleback医疗中心介入心脏病学委员会认证医师、结构性心脏项目医学主任Cheng-Han Chen博士评论道：
"这项研究有可能开辟一个全新的研究领域，因为它可能更有效地识别基因变异与临床疾病之间的分子联系。通过这种策略，研究人员随后能够通过治疗靶向生物通路以改善临床结果。"
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